W ostatnich latach, dzięki dynamicznemu rozwojowi sektora energetyki odnawialnej, spawanie laserowe szybko przeniknęło do całego sektora energetyki odnawialnej ze względu na swoje zalety w zakresie szybkości i stabilności. Spośród nich, urządzenia do spawania laserowego stanowią największy odsetek zastosowań w całym sektorze energetyki odnawialnej.
Spawanie laseroweSzybko stała się pierwszym wyborem we wszystkich dziedzinach życia ze względu na swoją szybkość, dużą głębokość i niewielkie odkształcenia. Od spoin punktowych po spoiny czołowe, spoiny nakładkowe i uszczelniające,spawanie laseroweZapewnia niezrównaną precyzję i kontrolę. Odgrywa ważną rolę w produkcji przemysłowej i wytwarzaniu, w tym w przemyśle wojskowym, opiece medycznej, lotnictwie i kosmonautyce, produkcji części samochodowych 3C, obróbce blach, nowych źródłach energii i innych branżach.
W porównaniu z innymi technologiami spawania, spawanie laserowe ma swoje unikalne zalety i wady.
Korzyść:
1. Duża prędkość, duża głębokość i małe odkształcenie.
2. Spawanie może odbywać się w normalnej temperaturze lub w specjalnych warunkach, a sprzęt spawalniczy jest prosty. Na przykład wiązka laserowa nie dryfuje w polu elektromagnetycznym. Lasery mogą spawać w próżni, powietrzu lub niektórych gazach, a także spawać materiały przepuszczające wiązkę laserową przez szkło lub materiały przezroczyste.
3. Urządzenie może spawać materiały ogniotrwałe, takie jak tytan i kwarc, a także materiały o różnych właściwościach, dając dobre rezultaty.
4. Po skupieniu wiązki lasera gęstość mocy jest wysoka. Współczynnik kształtu może osiągnąć 5:1, a w przypadku spawania urządzeniami o dużej mocy nawet 10:1.
5. Można wykonać mikrospawanie. Po skupieniu wiązki laserowej można uzyskać niewielki punkt, który można precyzyjnie ustawić. Technika ta może być stosowana do montażu i spawania mikro i małych elementów w celu zautomatyzowanej produkcji masowej.
6. Umożliwia spawanie trudno dostępnych miejsc i bezkontaktowe spawanie na duże odległości, zapewniając dużą elastyczność. Szczególnie w ostatnich latach technologia obróbki laserowej YAG przyjęła technologię transmisji światłowodowej, co umożliwiło szersze rozpowszechnienie i zastosowanie technologii spawania laserowego.
7. Wiązkę laserową można łatwo rozdzielić w czasie i przestrzeni, a wiele wiązek można przetwarzać w wielu miejscach jednocześnie, co stwarza warunki do bardziej precyzyjnego spawania.
Wada:
1. Wymagana jest wysoka dokładność montażu przedmiotu obrabianego, a położenie wiązki na przedmiocie obrabianym nie może ulegać znacznym odchyleniom. Wynika to z małej średnicy plamki lasera po zogniskowaniu i wąskiej spoiny, co utrudnia dodawanie spoiwa. Jeśli dokładność montażu przedmiotu obrabianego lub dokładność pozycjonowania wiązki nie spełniają wymagań, istnieje ryzyko wystąpienia wad spawalniczych.
2. Koszt laserów i powiązanych z nimi systemów jest wysoki, a jednorazowa inwestycja duża.
Typowe wady spawania laserowegow produkcji baterii litowych
1. Porowatość spawalnicza
Typowe wady wspawanie laseroweSą to pory. Jeziorko spawalnicze jest głębokie i wąskie. Podczas spawania laserowego azot wnika do jeziorka z zewnątrz. Podczas chłodzenia i krzepnięcia metalu rozpuszczalność azotu maleje wraz ze spadkiem temperatury. Gdy jeziorko ciekłego metalu ostygnie i zacznie krystalizować, rozpuszczalność gwałtownie i gwałtownie spadnie. W tym momencie wytrąci się duża ilość gazu, tworząc pęcherzyki. Jeśli prędkość unoszenia się pęcherzyków jest mniejsza niż prędkość krystalizacji metalu, powstaną pory.
W zastosowaniach w przemyśle baterii litowych często obserwuje się powstawanie porów szczególnie często podczas spawania elektrody dodatniej, ale rzadko podczas spawania elektrody ujemnej. Dzieje się tak, ponieważ elektroda dodatnia jest wykonana z aluminium, a elektroda ujemna z miedzi. Podczas spawania ciekłe aluminium na powierzchni ulega skropleniu, zanim gaz całkowicie się przeleje, co zapobiega jego przelaniu się i tworzeniu dużych i małych otworów. Małe aparaty szparkowe.
Oprócz przyczyn powstawania porów wymienionych powyżej, do porów zalicza się również powietrze zewnętrzne, wilgoć, olej powierzchniowy itp. Ponadto na powstawanie porów wpływa również kierunek i kąt wdmuchiwania azotu.
Jak ograniczyć występowanie porów spawalniczych?
Po pierwsze, przedspawalniczy, plamy oleju i zanieczyszczenia znajdujące się na powierzchni materiałów przychodzących muszą zostać na czas usunięte; podczas produkcji baterii litowych kontrola materiałów przychodzących jest procesem niezbędnym.
Po drugie, przepływ gazu osłonowego należy dostosować do takich czynników, jak prędkość spawania, moc, pozycja itp. i nie powinien on być ani za duży, ani za mały. Nacisk płaszcza ochronnego należy dostosować do takich czynników, jak moc lasera i położenie ogniska, i nie powinien on być ani za wysoki, ani za niski. Kształt dyszy płaszcza ochronnego należy dostosować do kształtu, kierunku i innych czynników spoiny, aby płaszcz ochronny mógł równomiernie pokryć obszar spawania.
Po trzecie, należy kontrolować temperaturę, wilgotność i zapylenie powietrza w warsztacie. Temperatura i wilgotność otoczenia wpływają na zawartość wilgoci na powierzchni podłoża oraz na gaz ochronny, co z kolei wpływa na wytwarzanie i ulatnianie się pary wodnej w jeziorku stopowym. Zbyt wysoka temperatura i wilgotność otoczenia powodują nadmiar wilgoci na powierzchni podłoża i w gazie ochronnym, co prowadzi do powstawania dużych ilości pary wodnej i powstawania porów. Zbyt niska temperatura i wilgotność otoczenia powodują niedobór wilgoci na powierzchni podłoża i w gazie osłonowym, co ogranicza wytwarzanie pary wodnej, a tym samym powstawanie porów. Pozwól personelowi kontroli jakości określić docelowe wartości temperatury, wilgotności i zapylenia na stanowisku spawalniczym.
Po czwarte, metoda wahadłowa wiązki jest stosowana w celu redukcji lub eliminacji porów podczas spawania laserowego z głębokim wtopieniem. Ze względu na dodanie wahnięcia podczas spawania, wahadłowy ruch wiązki względem spoiny powoduje wielokrotne przetopienie części spoiny, co wydłuża czas przebywania ciekłego metalu w jeziorku spawalniczym. Jednocześnie ugięcie wiązki zwiększa również ilość ciepła doprowadzonego na jednostkę powierzchni. Zmniejsza się stosunek głębokości do szerokości spoiny, co sprzyja powstawaniu pęcherzy, eliminując w ten sposób pory. Z drugiej strony, wahadłowy ruch wiązki powoduje odpowiednie wahnięcie małego otworu, co może również zapewnić siłę mieszania jeziorka spawalniczego, zwiększyć konwekcję i mieszanie jeziorka spawalniczego oraz korzystnie wpłynąć na eliminację porów.
Po piąte, częstotliwość impulsów. Częstotliwość impulsów odnosi się do liczby impulsów emitowanych przez wiązkę laserową w jednostce czasu, co wpływa na ciepło dopływowe i akumulację ciepła w jeziorku stopionego metalu, a następnie na pole temperatury i pole przepływu w jeziorku stopionego metalu. Zbyt wysoka częstotliwość impulsów doprowadzi do nadmiernego ciepła do jeziorka stopionego metalu, powodując jego zbyt wysoką temperaturę, co z kolei spowoduje wydzielanie się oparów metalu lub innych lotnych pierwiastków w wysokich temperaturach i powstawanie porów. Zbyt niska częstotliwość impulsów doprowadzi do niewystarczającej akumulacji ciepła w jeziorku stopionego metalu, powodując jego zbyt niską temperaturę, co ograniczy rozpuszczanie i ucieczkę gazów, a w efekcie powstanie porów. Ogólnie rzecz biorąc, częstotliwość impulsów powinna mieścić się w rozsądnym zakresie, w zależności od grubości podłoża i mocy lasera, i nie powinna być zbyt wysoka ani zbyt niska.
Spawanie otworów (spawanie laserowe)
2. Odpryski spawalnicze
Odpryski powstające podczas spawania laserowego poważnie wpływają na jakość powierzchni spoiny oraz zanieczyszczają i uszkadzają soczewkę. Ogólna charakterystyka jest następująca: po zakończeniu spawania laserowego na powierzchni materiału lub przedmiotu obrabianego pojawia się wiele cząstek metalu, które przylegają do powierzchni materiału lub przedmiotu obrabianego. Najbardziej intuicyjnym objawem jest to, że podczas spawania w trybie galwanometru, po pewnym czasie używania soczewki ochronnej galwanometru, na powierzchni pojawią się gęste wżery, spowodowane odpryskami spawalniczymi. Po długim czasie łatwo jest zablokować światło, co prowadzi do problemów ze światłem spawalniczym, skutkujących szeregiem problemów, takich jak przerwanie spawania i spawanie wirtualne.
Jakie są przyczyny rozpryskiwania się wody?
Po pierwsze, gęstość mocy, im większa gęstość mocy, tym łatwiej jest generować odpryski, a odpryski są bezpośrednio związane z gęstością mocy. Jest to problem istniejący od stulecia. Przynajmniej do tej pory przemysł nie był w stanie rozwiązać problemu rozpryskiwania i może jedynie powiedzieć, że został on nieznacznie zmniejszony. W branży akumulatorów litowych rozpryskiwanie jest największą przyczyną zwarć akumulatorów, ale nie udało się rozwiązać pierwotnej przyczyny. Wpływ odprysków na akumulator można zmniejszyć tylko z punktu widzenia ochrony. Na przykład, wokół części spawanej dodaje się okrąg portów usuwania pyłu i osłon ochronnych, a także rzędy noży powietrznych w okręgach, aby zapobiec wpływowi odprysków, a nawet uszkodzeniu akumulatora. Można powiedzieć, że niszczenie środowiska, produktów i komponentów wokół stanowiska spawalniczego wyczerpało środki.
Jeśli chodzi o rozwiązanie problemu odprysków, można jedynie stwierdzić, że zmniejszenie energii spawania pomaga je zredukować. Zmniejszenie prędkości spawania może również pomóc w przypadku niewystarczającego wtopienia. Jednak w przypadku niektórych specyficznych wymagań procesowych ma to niewielki wpływ. To ten sam proces, różne maszyny i różne partie materiałów dają zupełnie inne efekty spawania. Dlatego w nowym przemyśle energetycznym obowiązuje niepisana zasada: jeden zestaw parametrów spawania dla jednego urządzenia.
Po drugie, jeśli powierzchnia obrabianego materiału lub przedmiotu obrabianego nie zostanie oczyszczona, plamy oleju lub zanieczyszczenia również spowodują poważne rozpryski. W tym momencie najłatwiej jest oczyścić powierzchnię obrabianego materiału.
3. Wysoka refleksyjność spawania laserowego
Ogólnie rzecz biorąc, wysokie odbicie odnosi się do faktu, że materiał przetwarzający ma małą rezystywność, stosunkowo gładką powierzchnię i niski współczynnik absorpcji dla laserów bliskiej podczerwieni, co prowadzi do dużej emisji laserowej i ponieważ większość laserów jest używana w pozycji pionowej. Ze względu na materiał lub niewielkie nachylenie, powracające światło laserowe ponownie wchodzi do głowicy wyjściowej, a nawet część powracającego światła jest sprzęgana z włóknem transmitującym energię i jest przesyłana z powrotem wzdłuż włókna do wnętrza lasera, powodując, że główne elementy wewnątrz lasera nadal mają wysoką temperaturę.
Jeżeli podczas spawania laserowego współczynnik odbicia jest zbyt wysoki, można zastosować następujące rozwiązania:
3.1 Zastosuj powłokę antyrefleksyjną lub zabezpiecz powierzchnię materiału: pokrycie powierzchni materiału spawalniczego powłoką antyrefleksyjną może skutecznie zmniejszyć współczynnik odbicia lasera. Powłoka ta jest zazwyczaj specjalnym materiałem optycznym o niskim współczynniku odbicia, który pochłania energię lasera zamiast ją odbijać. W niektórych procesach, takich jak spawanie kolektorem prądu, łączenie miękkie itp., powierzchnia może być również wytłaczana.
3.2 Regulacja kąta spawania: Regulacja kąta spawania pozwala na ustawienie wiązki laserowej pod bardziej odpowiednim kątem na spawany materiał i ograniczenie odbić. Zazwyczaj wiązka laserowa padająca prostopadle do powierzchni spawanego materiału jest dobrym sposobem na redukcję odbić.
3.3 Dodawanie dodatkowego absorbentu: Podczas procesu spawania do spoiny dodawana jest pewna ilość dodatkowego absorbentu, takiego jak proszek lub ciecz. Absorbery te pochłaniają energię lasera i zmniejszają współczynnik odbicia. Odpowiedni absorbent należy dobrać w oparciu o konkretne materiały spawalnicze i scenariusze zastosowania. W branży akumulatorów litowych jest to mało prawdopodobne.
3.4 Użyj światłowodu do transmisji lasera: Jeśli to możliwe, można użyć światłowodu do transmisji lasera do miejsca spawania, aby zmniejszyć współczynnik odbicia. Włókna światłowodowe mogą kierować wiązkę lasera do obszaru spawania, aby uniknąć bezpośredniego narażenia na powierzchnię materiału spawanego i zmniejszyć występowanie odbić.
3.5 Regulacja parametrów lasera: Poprzez regulację parametrów, takich jak moc lasera, ogniskowa i średnica ogniskowej, można kontrolować rozkład energii lasera i redukować odbicia. W przypadku niektórych materiałów odblaskowych zmniejszenie mocy lasera może być skutecznym sposobem na redukcję odbić.
3.6 Użyj dzielnika wiązki: Dzielnik wiązki może skierować część energii lasera do elementu absorpcyjnego, zmniejszając w ten sposób występowanie odbić. Urządzenia dzielnika wiązki zazwyczaj składają się z elementów optycznych i absorberów, a poprzez dobór odpowiednich elementów i dostosowanie układu urządzenia można uzyskać niższy współczynnik odbicia.
4. Podtopienie spawalnicze
Które procesy w procesie produkcji baterii litowych są bardziej narażone na podcięcie? Dlaczego występuje podcięcie? Przeanalizujmy to.
Podcięcie, zwykle materiały spawalnicze nie są dobrze połączone ze sobą, szczelina jest zbyt duża lub powstaje rowek, głębokość i szerokość są zasadniczo większe niż 0,5 mm, całkowita długość jest większa niż 10% długości spoiny lub większa niż wymagana długość zgodna ze standardem procesu produkcyjnego.
W całym procesie produkcji baterii litowych, podtopienia są bardziej prawdopodobne i występują zazwyczaj w fazie uszczelniania (przed spawaniem i spawaniem) cylindrycznej płyty pokrywy oraz uszczelniania (przed spawaniem i spawaniem) kwadratowej aluminiowej płyty pokrywy. Głównym powodem jest konieczność współpracy płyty pokrywy z obudową podczas spawania. Proces dopasowania płyty pokrywy do obudowy jest podatny na powstawanie nadmiernych szczelin spawalniczych, rowków, zapadnięć itp., co jest szczególnie podatne na podtopienia.
Co więc jest przyczyną podcinania cen?
Jeśli prędkość spawania jest zbyt duża, ciekły metal za małym otworem skierowanym do środka spoiny nie będzie miał czasu na redystrybucję, co doprowadzi do krzepnięcia i podtopienia po obu stronach spoiny. W związku z powyższym, konieczna jest optymalizacja parametrów spawania. Mówiąc prościej, polega ona na wielokrotnych eksperymentach w celu weryfikacji różnych parametrów i kontynuowaniu analizy DOE, aż do znalezienia odpowiednich.
2. Nadmierne szczeliny spawalnicze, rowki, zapadnięcia itp. materiałów spawalniczych zmniejszą ilość stopionego metalu wypełniającego szczeliny, zwiększając prawdopodobieństwo wystąpienia podtopień. Jest to kwestia sprzętu i surowców. Czy surowce spawalnicze spełniają wymagania materiałowe naszego procesu, czy dokładność sprzętu spełnia wymagania itp. Powszechną praktyką jest ciągłe torturowanie i bicie dostawców oraz osób odpowiedzialnych za sprzęt.
3. Jeśli energia spada zbyt szybko pod koniec spawania laserowego, mały otwór może się zapaść, powodując lokalne podtopienia. Prawidłowe dopasowanie mocy i prędkości może skutecznie zapobiec powstawaniu podtoczeń. Jak głosi stare przysłowie, powtarzaj eksperymenty, weryfikuj różne parametry i kontynuuj DOE, aż znajdziesz odpowiednie parametry.
5. Zapadnięcie się środka spoiny
Przy niskiej prędkości spawania jeziorko spawalnicze będzie większe i szersze, co zwiększy ilość stopionego metalu. Może to utrudniać utrzymanie napięcia powierzchniowego. Gdy stopiony metal stanie się zbyt ciężki, środek spoiny może się zapaść, tworząc zagłębienia i wżery. W takim przypadku należy odpowiednio zmniejszyć gęstość energii, aby zapobiec zapadnięciu się jeziorka.
W innym przypadku szczelina spawalnicza po prostu się zapada, nie powodując perforacji. Jest to niewątpliwie problem pasowania wtłaczanego.
Właściwe zrozumienie wad, które mogą wystąpić podczas spawania laserowego, oraz przyczyn ich powstawania pozwala na bardziej ukierunkowane podejście w celu rozwiązania wszelkich nietypowych problemów ze spawaniem.
6. Pęknięcia spoin
Pęknięcia, które pojawiają się podczas ciągłego spawania laserowego, to głównie pęknięcia termiczne, takie jak pęknięcia krystaliczne i pęknięcia upłynniające. Główną przyczyną tych pęknięć są duże siły skurczu generowane przez spoinę przed jej całkowitym zestaleniem.
Przyczyną pęknięć podczas spawania laserowego mogą być również:
1. Niewłaściwa konstrukcja spoiny: Niewłaściwe zaprojektowanie geometrii i rozmiaru spoiny może powodować koncentrację naprężeń, a tym samym pęknięcia. Rozwiązaniem jest optymalizacja konstrukcji spoiny w celu uniknięcia koncentracji naprężeń. Można zastosować odpowiednie spoiny offsetowe, zmienić kształt spoiny itp.
2. Niedopasowanie parametrów spawania: Niewłaściwy dobór parametrów spawania, takich jak zbyt duża prędkość spawania, zbyt duża moc itp., może prowadzić do nierównomiernych zmian temperatury w obszarze spawania, co skutkuje dużymi naprężeniami i pęknięciami. Rozwiązaniem jest dostosowanie parametrów spawania do konkretnego materiału i warunków spawania.
3. Niewłaściwe przygotowanie powierzchni spawania: Niewłaściwe oczyszczenie i przygotowanie powierzchni spawania przed spawaniem, takie jak usunięcie tlenków, smaru itp., wpłynie na jakość i wytrzymałość spoiny, a także łatwo doprowadzi do pęknięć. Rozwiązaniem jest odpowiednie oczyszczenie i przygotowanie powierzchni spawania, aby zapewnić skuteczne usunięcie zanieczyszczeń i zanieczyszczeń w obszarze spawania.
4. Niewłaściwa kontrola ciepła doprowadzonego podczas spawania: Niewłaściwa kontrola ciepła doprowadzonego podczas spawania, taka jak nadmierna temperatura podczas spawania, niewłaściwa szybkość chłodzenia warstwy spawanej itp., prowadzi do zmian w strukturze obszaru spawania, co skutkuje pęknięciami. Rozwiązaniem jest kontrola temperatury i szybkości chłodzenia podczas spawania, aby uniknąć przegrzania i gwałtownego stygnięcia.
5. Niedostateczne odprężenie: Niedostateczne odprężenie po spawaniu spowoduje niedostateczne odprężenie w obszarze spawanym, co łatwo prowadzi do pęknięć. Rozwiązaniem jest odpowiednie odprężenie po spawaniu, takie jak obróbka cieplna lub wibracyjna (główny powód).
A jeśli chodzi o proces produkcji baterii litowych, które procesy są bardziej narażone na powstawanie pęknięć?
Pęknięcia są zazwyczaj podatne na powstawanie pęknięć podczas spawania uszczelniającego, np. spawania cylindrycznych powłok stalowych lub aluminiowych, spawania kwadratowych powłok aluminiowych itp. Ponadto podczas procesu pakowania modułu, spawanie kolektora prądu również jest podatne na powstawanie pęknięć.
Oczywiście, możemy również zastosować drut spawalniczy, podgrzewanie wstępne lub inne metody, aby zmniejszyć lub całkowicie wyeliminować pęknięcia.
Czas publikacji: 01.09.2023
